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摘 要 论文根据智慧图书馆的发展现状，分析智慧图书馆高级智慧化建设中存在的问题，探讨建设智慧图书馆云数据中心的关键策略与建设方法。
关键词 智慧图书馆 智慧化 云计算 数据中心
分类号 G250.7
On the Restraining Factor in the Smart Library Development and some Stratedies
Huang Hui
Abstract Based on the development status of smart library， this paper analyzes the senior intelligence problems existing in the construction of the smart library， discusses the key improvement strategy and procedure of the construction of the cloud data center of smart library.
Keywords Smart Library. Smart. Cloud computing. Data center.
智慧图书馆是基于物联网和云计算等现代技术，在数字图书馆基础上发展起来的新一代图书馆服务管理模式。进入21世纪以来，国内外非常重视智慧图书馆的建设及其相关技术的发展。2010年，美国图书馆协会（ALA）将重要期刊《Library Systems Newsletter》（《图书馆系统通讯》）更名为《Smart Libraries Newsletter》（《智慧图书馆通讯》），旨在专门讲述影响智慧图书馆的信息技术和介绍智慧图书馆的发展趋势[1]；2013年3月4日，我国《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》正式发布，明确未来20年我国重大科技基础设施的发展方向和“十二五”时期的建设重点，强调为突破未来网络基础理论和支撑新一代互联网实验，建设未来网络试验设施，主要包括原创性网络设备系统、资源监控管理系统、涵盖云计算、物联网等[2]。最近几年，国内外关于智慧图书馆的研究和建设取得了初步成果，但在总体上智慧化程度比较低，原因主要在于缺乏提供“智慧”支撑功能的云数据存储、分析、计算中心。本文基于智慧图书馆的发展现状及智慧图书馆高级智慧化建设中的主要障碍，着重探讨建设智慧图书馆云数据中心的关键策略与建设方法，以期有助于我国智慧图书馆的建设与发展。
1 智慧图书馆及其发展现状
1.1 智慧图书馆
目前，国内外研究者较为一致地认为：“智慧图书馆是建立在物联网技术的基础上的新一代图书馆。”[3]但是，由于智慧图书馆是发展中的新事物，迄今为止尚无统一的定义。笔者认为，智慧图书馆是“智慧地球”和“数字图书馆”的延伸和拓展，是利用物联网技术和智能感知设备，采集、分析信息用户数据，了解用户信息需求习惯和种类，主动为用户提供信息服务的新一代图书馆模式，具有高度自动化、管理可视化、服务主动化等特点。智慧图书馆架构如图1所示。
图1 智慧图书馆架构
智慧，是高等生物（狭义）所具有的基于神经器官（物质基础）的一种高级综合能力，包括：感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定等多种能力[4]。高等生物与低等生物的区别就在于前者可以感知识别周围的物体和环境，并可以根据外界信息进行判断思考进而指导下一步行动，亦即人们常说的“智慧”。智慧图书馆与非智慧图书馆的标志性区别就在于智慧图书馆可以识别图书馆内的用户、物品及其所处环境背景，并可根据用户活动产生的信息，自动分析判断用户类别，主动应答和服务用户。
1.2 智慧图书馆的发展现状
随着网络技术的迅速发展，当前国内外非常重视并积极展开智慧图书馆的相关研究和建设。2010年2月，美国图书馆协会出版的《Smart Libraries Newsletter》
（《智慧图书馆通讯》）杂志开辟了“Smarter Libraries Through Technology”（智慧图书馆技术实现）专栏，由全球图书馆系统自动化专家Marshal Breeding介绍影响智慧图书馆的相关技术发展趋势。2007年，荷兰图书馆部署了一种智慧沙发，只要用户进馆时刷一下图书证，就可以召唤一张专属的沙发椅，用户走到哪儿沙发都会紧紧跟着，当用户找到所需的书籍就可马上坐下来阅读，不用去找位子，也不用担心离开位子会被人占去，因为这是专属沙发，一旦用户跨过图书馆离开区域的标识黄线，沙发就认为用户已离开图书馆，接着沙发会立刻归位，等待下一位用户的召唤。更妙的是，如果想在图书馆内举办小型论坛或召开会议，图书馆员可以一次召唤多张椅子到指定场所，完全不用人工搬运，既节省人力又方便快捷[5]。2008年，国家图书馆二期暨国家数字图书馆正式开馆接待用户，新馆引进无线射频识别（RFID）技术实现了馆藏图书的自助借还和管理；2011年，广州图书馆应用部署了全国首个智能型流动图书馆，新的流动图书馆以居民身份证为读者证，用户可自助借还、办证、下载数字资源，新的智能流动图书馆全面应用无线射频识别技术提供图书自助借还服务[6]；此外，广州图书馆已经部署有线网络节点4000个，无线网络覆盖范围100%，全面应用无线射频图书识别技术和文献自动分拣系统[7]。北京大学图书馆、清华大学图书馆、中国人民大学图书馆、中国科技大学图书馆、北京理工大学图书馆等研究型大学图书馆也都不同程度地构建了基于RFID的自助借还书机和智能馆藏管理。
从国内外智慧图书馆研究及建设现状来看，国外比我国起步较早，稍显领先，但都取得一定研究成果，基本完成了智慧图书馆的初步建设和对馆内图书及设备的RFID电子标签改造工作，实现了对图书和设备的自动感知和识别，开发应用了图书自助借还、定位、自动盘点和分拣等自动化管理系统；某些建设力度较大的图书馆还实现了馆室背景环境的智慧化控制，根据环境的温湿度高低、用户数量的多少自动调节空调和开关电灯，也部署了一些智慧设备，例如荷兰图书馆智能沙发和澳大利亚社区智慧电子图书馆员等。但在总体上，暂时尚无高度智慧化的智慧图书馆建设范例，绝大多数智慧图书馆基本上不具备高级别的智慧化功能，例如馆内用户的实时自动定位、用户智能识别、用户信息数据的自动收集、关联用户数据的自动分析挖掘、智能门禁用户开关系统等等。 2 制约智慧图书馆智慧高级化建设的主要障碍
长期以来，制约传统数字图书馆向智慧图书馆发展的主要瓶颈是感知识别功能缺失，无法主动感知识别对象和外界环境。如同人缺失眼睛、耳朵和触觉，自然无法对外界做出回应和判断，图书馆也就无法产生“智慧”功能。近年来，快速发展的物联网技术填补了这一空白，打破了制约智慧图书馆发展的关键性屏障，依托物联网标识技术，为物联网中的人、物赋予标识，将普通的物进行必要的、物联网可识别的特殊“物”化改造，使彼此可以相互感知识别，在彼此识别的基础上，即可实现人与物、人与图书馆、图书馆与图书馆、物与物之间的交互，达到即时交流、控制、管理的目的，也可以模拟产生人们身体器官延伸的“智慧”效果。但是，从当前国内外大多数智慧图书馆发展现状看，大都停留于自动识别功能的“弱智”阶段，存在一些亟待克服的障碍。
2.1 缺乏存储海量数据的存储中心，必要数据无法收集
通过分析庞大数据来获得有价值的信息或结论，被称为“大数据”。智慧图书馆存有数量庞大的文献、用户、门禁、传感器等，时刻产生大量数据流量，包括视频、图片、位置信息等，每天产生的数据将以TB为单位计算，一个月的数据超过几百TB，当前多数图书馆的存储能力难以达到这一要求，因此无法收集关键的必要数据。
2.2 缺乏非结构化数据的处理功能
与分析既有海量结构化数据的传统“商业智能”不同，智慧图书馆还需要分析非结构化的即时数据，例如，全馆所有图书的即时位置数据，用户的移动轨迹数据，全馆所有房间的环境即时温湿度、光热度数据等。当前，国内外大部分智慧图书馆均无法实现非结构化数据的存储和分析功能，只停留在结构化数据的分析处理阶段。
2.3 缺乏计算海量数据的强大计算能力
在智慧图书馆模式下，每天采集到的数据以TB计算，而计算分析TB级别的即时海量数据，只有功能强大的超级计算机才能完成。当前，多数图书馆使用的是普通计算能力的服务器，无法短时间快速完成计算，因此智慧图书馆要求的可视化、可分析的智慧管理效果无法予以体现。
2.4 缺乏相应的高级智慧化应用系统
高级智慧功能包括记忆、联想、逻辑、计算、分析、判断等多种功能，这些功能以数据挖掘为基础来实现，由于数据无法存储、采集、计算，直接影响了高级智慧化应用系统的设计和开发。例如，荷兰图书馆的智慧沙发，只能跟随用户而不能记忆用户，在用户下次再来时即使沙发空闲也仍然需要重新刷卡召唤，缺乏实现主动分析判断和应答的功能。
3 建设智慧图书馆向高级智慧发展的关键因素
克服制约智慧图书馆向高级智慧发展的主要障碍，关键在于必须建设智慧图书馆的云数据中心。智慧图书馆尽管处于起步阶段，但与之密切相关的智慧应用在国际企业中已有多年，众多大型跨国企业都创建了自己的云数据中心，存储与之相关的海量数据，在此基础上进行数据分析处理并得出重要的分析结果，实现了利润的大幅度增长。例如，在google或百度的输入框中输入一部分关键字，就自动显示相关搜索关键字的建议，只要输入“云”，系统就自动提示“云服务”“云盘”“云播放”等。这种搜索关键字建议，是基于对用户庞大的搜索历史记录数据进行统计分析后得出的，即使输入的是汉语拼音“yun”，或者错误的英文单词“clond”，系统也会给出正确的搜索建议，这种“输入修正功能”也是通过相同的原理实现的。根据2014年第一季度腾讯财报披露的信息显示，截至2013年底，微信每月活跃用户达到3.55亿[8]；QQ每月活跃用户数为7.21亿，同时在线用户数突破2亿[9]；微信和QQ可以为用户提供类似“他们可能是你感兴趣的人”的提示，系统给出的人基本上正是你认识的，甚至还显示对方姓名和电话号码，当前所处的位置；此外，腾讯QQ空间相册还可以实现强大的相片人物识别功能，只要用户对某张相片中某个人的头像进行标识命名，系统就自动对所有相片中的同一个人进行识别，并自动以用户标识的名称为其命名，这些都是对庞大数据进行分析得到的结果。2012年，百度正式推出的一项免费云存储服务，首次注册百度云网盘即可获得5GB的空间，登录百度云移动端，即可领取2048G永久免费空间。截至2012年11月，百度云注册用户为2000万，按人均2TB空间计算，仅免费数据存储空间就达到惊人的4亿TB（4×1014MB）[10]。2009年创立的FlightCaster，通过分析美国气象局和交通统计局的公开数据，可以在航空公司正式通知前6小时，对航班晚点做出类似“正点概率为3%，轻微晚点（60分钟内）概率14%，晚点60分钟以上概率83%”的预报，而实现这些预报的前提条件同样是必须具备对海量数据存储分析的云数据中心。日本PASMO公司发行的交通IC卡不仅可以记录持卡人乘坐公交车、地铁等交通工具的历史记录，还可记录持卡人在各种24小时连锁便利店的消费记录，通过深入分析持卡人在地铁站公交站附近的便利店内消费的记录信息，可得出结论，例如：“20多岁女性，经常乘坐XX线到XX站，非常喜欢在XX站厅商店购物”。
由此可见，存储和统计分析庞大数据以获得有价值的信息或判断的能力，是实现高级智慧功能必须具备的前提条件。因此，为了实现智慧图书馆的高级综合智慧功能，实现对智慧图书馆内数量众多用户、物品、设备的实时情况的分析判断并做出应答，必须建设具备海量数据存储和分析能力的智慧图书馆云数据中心。
4 智慧图书馆云数据中心的建设策略
“云计算”（Cloud Computing）是一种通过网络统一组织和灵活调用各种ICT（Information Communication Technology）信息资源，将分布式计算、网格计算、并行计算结合起来以服务方式提供给用户的资源服务模式[11]。云计算的物理实体就是云数据中心。智慧图书馆云数据中心建设主要分为基础设施和云操作系统两个模块。
关键词 智慧图书馆 智慧化 云计算 数据中心
分类号 G250.7
On the Restraining Factor in the Smart Library Development and some Stratedies
Huang Hui
Abstract Based on the development status of smart library， this paper analyzes the senior intelligence problems existing in the construction of the smart library， discusses the key improvement strategy and procedure of the construction of the cloud data center of smart library.
Keywords Smart Library. Smart. Cloud computing. Data center.
智慧图书馆是基于物联网和云计算等现代技术，在数字图书馆基础上发展起来的新一代图书馆服务管理模式。进入21世纪以来，国内外非常重视智慧图书馆的建设及其相关技术的发展。2010年，美国图书馆协会（ALA）将重要期刊《Library Systems Newsletter》（《图书馆系统通讯》）更名为《Smart Libraries Newsletter》（《智慧图书馆通讯》），旨在专门讲述影响智慧图书馆的信息技术和介绍智慧图书馆的发展趋势[1]；2013年3月4日，我国《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》正式发布，明确未来20年我国重大科技基础设施的发展方向和“十二五”时期的建设重点，强调为突破未来网络基础理论和支撑新一代互联网实验，建设未来网络试验设施，主要包括原创性网络设备系统、资源监控管理系统、涵盖云计算、物联网等[2]。最近几年，国内外关于智慧图书馆的研究和建设取得了初步成果，但在总体上智慧化程度比较低，原因主要在于缺乏提供“智慧”支撑功能的云数据存储、分析、计算中心。本文基于智慧图书馆的发展现状及智慧图书馆高级智慧化建设中的主要障碍，着重探讨建设智慧图书馆云数据中心的关键策略与建设方法，以期有助于我国智慧图书馆的建设与发展。
1 智慧图书馆及其发展现状
1.1 智慧图书馆
目前，国内外研究者较为一致地认为：“智慧图书馆是建立在物联网技术的基础上的新一代图书馆。”[3]但是，由于智慧图书馆是发展中的新事物，迄今为止尚无统一的定义。笔者认为，智慧图书馆是“智慧地球”和“数字图书馆”的延伸和拓展，是利用物联网技术和智能感知设备，采集、分析信息用户数据，了解用户信息需求习惯和种类，主动为用户提供信息服务的新一代图书馆模式，具有高度自动化、管理可视化、服务主动化等特点。智慧图书馆架构如图1所示。
图1 智慧图书馆架构
智慧，是高等生物（狭义）所具有的基于神经器官（物质基础）的一种高级综合能力，包括：感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定等多种能力[4]。高等生物与低等生物的区别就在于前者可以感知识别周围的物体和环境，并可以根据外界信息进行判断思考进而指导下一步行动，亦即人们常说的“智慧”。智慧图书馆与非智慧图书馆的标志性区别就在于智慧图书馆可以识别图书馆内的用户、物品及其所处环境背景，并可根据用户活动产生的信息，自动分析判断用户类别，主动应答和服务用户。
1.2 智慧图书馆的发展现状
随着网络技术的迅速发展，当前国内外非常重视并积极展开智慧图书馆的相关研究和建设。2010年2月，美国图书馆协会出版的《Smart Libraries Newsletter》
（《智慧图书馆通讯》）杂志开辟了“Smarter Libraries Through Technology”（智慧图书馆技术实现）专栏，由全球图书馆系统自动化专家Marshal Breeding介绍影响智慧图书馆的相关技术发展趋势。2007年，荷兰图书馆部署了一种智慧沙发，只要用户进馆时刷一下图书证，就可以召唤一张专属的沙发椅，用户走到哪儿沙发都会紧紧跟着，当用户找到所需的书籍就可马上坐下来阅读，不用去找位子，也不用担心离开位子会被人占去，因为这是专属沙发，一旦用户跨过图书馆离开区域的标识黄线，沙发就认为用户已离开图书馆，接着沙发会立刻归位，等待下一位用户的召唤。更妙的是，如果想在图书馆内举办小型论坛或召开会议，图书馆员可以一次召唤多张椅子到指定场所，完全不用人工搬运，既节省人力又方便快捷[5]。2008年，国家图书馆二期暨国家数字图书馆正式开馆接待用户，新馆引进无线射频识别（RFID）技术实现了馆藏图书的自助借还和管理；2011年，广州图书馆应用部署了全国首个智能型流动图书馆，新的流动图书馆以居民身份证为读者证，用户可自助借还、办证、下载数字资源，新的智能流动图书馆全面应用无线射频识别技术提供图书自助借还服务[6]；此外，广州图书馆已经部署有线网络节点4000个，无线网络覆盖范围100%，全面应用无线射频图书识别技术和文献自动分拣系统[7]。北京大学图书馆、清华大学图书馆、中国人民大学图书馆、中国科技大学图书馆、北京理工大学图书馆等研究型大学图书馆也都不同程度地构建了基于RFID的自助借还书机和智能馆藏管理。
从国内外智慧图书馆研究及建设现状来看，国外比我国起步较早，稍显领先，但都取得一定研究成果，基本完成了智慧图书馆的初步建设和对馆内图书及设备的RFID电子标签改造工作，实现了对图书和设备的自动感知和识别，开发应用了图书自助借还、定位、自动盘点和分拣等自动化管理系统；某些建设力度较大的图书馆还实现了馆室背景环境的智慧化控制，根据环境的温湿度高低、用户数量的多少自动调节空调和开关电灯，也部署了一些智慧设备，例如荷兰图书馆智能沙发和澳大利亚社区智慧电子图书馆员等。但在总体上，暂时尚无高度智慧化的智慧图书馆建设范例，绝大多数智慧图书馆基本上不具备高级别的智慧化功能，例如馆内用户的实时自动定位、用户智能识别、用户信息数据的自动收集、关联用户数据的自动分析挖掘、智能门禁用户开关系统等等。 2 制约智慧图书馆智慧高级化建设的主要障碍
长期以来，制约传统数字图书馆向智慧图书馆发展的主要瓶颈是感知识别功能缺失，无法主动感知识别对象和外界环境。如同人缺失眼睛、耳朵和触觉，自然无法对外界做出回应和判断，图书馆也就无法产生“智慧”功能。近年来，快速发展的物联网技术填补了这一空白，打破了制约智慧图书馆发展的关键性屏障，依托物联网标识技术，为物联网中的人、物赋予标识，将普通的物进行必要的、物联网可识别的特殊“物”化改造，使彼此可以相互感知识别，在彼此识别的基础上，即可实现人与物、人与图书馆、图书馆与图书馆、物与物之间的交互，达到即时交流、控制、管理的目的，也可以模拟产生人们身体器官延伸的“智慧”效果。但是，从当前国内外大多数智慧图书馆发展现状看，大都停留于自动识别功能的“弱智”阶段，存在一些亟待克服的障碍。
2.1 缺乏存储海量数据的存储中心，必要数据无法收集
通过分析庞大数据来获得有价值的信息或结论，被称为“大数据”。智慧图书馆存有数量庞大的文献、用户、门禁、传感器等，时刻产生大量数据流量，包括视频、图片、位置信息等，每天产生的数据将以TB为单位计算，一个月的数据超过几百TB，当前多数图书馆的存储能力难以达到这一要求，因此无法收集关键的必要数据。
2.2 缺乏非结构化数据的处理功能
与分析既有海量结构化数据的传统“商业智能”不同，智慧图书馆还需要分析非结构化的即时数据，例如，全馆所有图书的即时位置数据，用户的移动轨迹数据，全馆所有房间的环境即时温湿度、光热度数据等。当前，国内外大部分智慧图书馆均无法实现非结构化数据的存储和分析功能，只停留在结构化数据的分析处理阶段。
2.3 缺乏计算海量数据的强大计算能力
在智慧图书馆模式下，每天采集到的数据以TB计算，而计算分析TB级别的即时海量数据，只有功能强大的超级计算机才能完成。当前，多数图书馆使用的是普通计算能力的服务器，无法短时间快速完成计算，因此智慧图书馆要求的可视化、可分析的智慧管理效果无法予以体现。
2.4 缺乏相应的高级智慧化应用系统
高级智慧功能包括记忆、联想、逻辑、计算、分析、判断等多种功能，这些功能以数据挖掘为基础来实现，由于数据无法存储、采集、计算，直接影响了高级智慧化应用系统的设计和开发。例如，荷兰图书馆的智慧沙发，只能跟随用户而不能记忆用户，在用户下次再来时即使沙发空闲也仍然需要重新刷卡召唤，缺乏实现主动分析判断和应答的功能。
3 建设智慧图书馆向高级智慧发展的关键因素
克服制约智慧图书馆向高级智慧发展的主要障碍，关键在于必须建设智慧图书馆的云数据中心。智慧图书馆尽管处于起步阶段，但与之密切相关的智慧应用在国际企业中已有多年，众多大型跨国企业都创建了自己的云数据中心，存储与之相关的海量数据，在此基础上进行数据分析处理并得出重要的分析结果，实现了利润的大幅度增长。例如，在google或百度的输入框中输入一部分关键字，就自动显示相关搜索关键字的建议，只要输入“云”，系统就自动提示“云服务”“云盘”“云播放”等。这种搜索关键字建议，是基于对用户庞大的搜索历史记录数据进行统计分析后得出的，即使输入的是汉语拼音“yun”，或者错误的英文单词“clond”，系统也会给出正确的搜索建议，这种“输入修正功能”也是通过相同的原理实现的。根据2014年第一季度腾讯财报披露的信息显示，截至2013年底，微信每月活跃用户达到3.55亿[8]；QQ每月活跃用户数为7.21亿，同时在线用户数突破2亿[9]；微信和QQ可以为用户提供类似“他们可能是你感兴趣的人”的提示，系统给出的人基本上正是你认识的，甚至还显示对方姓名和电话号码，当前所处的位置；此外，腾讯QQ空间相册还可以实现强大的相片人物识别功能，只要用户对某张相片中某个人的头像进行标识命名，系统就自动对所有相片中的同一个人进行识别，并自动以用户标识的名称为其命名，这些都是对庞大数据进行分析得到的结果。2012年，百度正式推出的一项免费云存储服务，首次注册百度云网盘即可获得5GB的空间，登录百度云移动端，即可领取2048G永久免费空间。截至2012年11月，百度云注册用户为2000万，按人均2TB空间计算，仅免费数据存储空间就达到惊人的4亿TB（4×1014MB）[10]。2009年创立的FlightCaster，通过分析美国气象局和交通统计局的公开数据，可以在航空公司正式通知前6小时，对航班晚点做出类似“正点概率为3%，轻微晚点（60分钟内）概率14%，晚点60分钟以上概率83%”的预报，而实现这些预报的前提条件同样是必须具备对海量数据存储分析的云数据中心。日本PASMO公司发行的交通IC卡不仅可以记录持卡人乘坐公交车、地铁等交通工具的历史记录，还可记录持卡人在各种24小时连锁便利店的消费记录，通过深入分析持卡人在地铁站公交站附近的便利店内消费的记录信息，可得出结论，例如：“20多岁女性，经常乘坐XX线到XX站，非常喜欢在XX站厅商店购物”。
由此可见，存储和统计分析庞大数据以获得有价值的信息或判断的能力，是实现高级智慧功能必须具备的前提条件。因此，为了实现智慧图书馆的高级综合智慧功能，实现对智慧图书馆内数量众多用户、物品、设备的实时情况的分析判断并做出应答，必须建设具备海量数据存储和分析能力的智慧图书馆云数据中心。
4 智慧图书馆云数据中心的建设策略
“云计算”（Cloud Computing）是一种通过网络统一组织和灵活调用各种ICT（Information Communication Technology）信息资源，将分布式计算、网格计算、并行计算结合起来以服务方式提供给用户的资源服务模式[11]。云计算的物理实体就是云数据中心。智慧图书馆云数据中心建设主要分为基础设施和云操作系统两个模块。